基于物联网的养兔场远程控制

物联网和网络物理系统2（2022）111基于物联网的养兔场环境参数远程控制Taou fik Benhmad*，Anouar Ben Abdennour，Amina Darghouthi，Chibani Belgacem Rhaimi突尼斯加贝斯大学国立工程学院ENIG 6029自动清洁装置关键词：IoTEX changeSwitchboardFrameworkServerA B标准由于新的现代通信模式，许多和各种可能性提供了利用增强和发达技术的优势。研究人员不断推出更好的技术解决方案，以克服以前的解决方案。这导致了对一些任务的重新思考。为了将它们自动付诸行动，本文将介绍这种方法，并给出有趣的例子。基于网络概念，将描述具体示例该应用程序将展示在各种服务器中，我们如何保留一个名为ThingSpeak的服务器，用于说明物联网的技术实用程序。由于兔子死亡率高本研究考虑了可能导致家兔死亡的各种因素，如温度、湿度和NH3气体因此，由于提供了实时干预，死亡率将降低。这是怎么得到的？这就是本文将要发展的内容多亏了智能手机，饲养员有可能同意更好地管理他的兔子。下面的例子一些增强，处理这方面的努力，是预览在未来.1. 介绍每个人都在寻求提高他们的生活质量和福利。 这实际上关系到包括动物在内的每一个生物，这也可以在看到它的生活时进行检查。 示例不能被限制，但是可以被扩展到存在连续权衡的环境。这定义了一个每天都在增强的生活基石例如农村人希望通过各种不同的努力达到更好的生活。作为一个活动的例子，养兔子可能是振兴农村经济的最有效方法之一在这种情况下，农民们毫不犹豫地介绍帮助他们生活的手段这就是为什么，他们提出了各种动物的繁殖的例子。这引起了许多动物的兴趣，如绵羊、兔子等。 这些活动肯定会帮助农民克服贫困[20，21]。然而，这样的工作并不容易，需要付出巨大的努力.一个人可以通过场合名称，例如。 养兔需要农民的日常干预，以保证兔子的生命延续。其实，兔子的寿命取决于很多因素，如温度、湿度、有害气体含量和光照等，[22、23]。因此，养兔活动可以引起农民的兴趣，这可以被认为是影响农民生活的重要因素。然而，这必须以最简单的方式和较少的疲劳来完成这种活动必须提供并反映经济优势和内部生产作为回报。然而，如果采用自动化和智能控制，兔子养殖监测可能很容易，甚至是富有成效的。必须保证快速干预，处理任何危险原因，并随后为兔子的生活一种有效的方法来保持兔子的健康，提高生产力，增加经济效益。所采用的有用方法是定期进行人工检查。例如，人们可以进行自动和智能的测量来监测兔子的繁殖。 经典解不能给出很好的解释，这通常会导致重要的错误。因此，不良和错误的措施，使大的错误的数据与弱的准确性。此外，这需要大量的人力和物力。因此，兔子的生命面临着明显的危险。让我们注意到，兔子养殖收入可能广泛地受到热应激的影响。 这种不方便意味着环境变量的任何组合。可能导致恶劣甚至危险的条件，如达到高于动物热中性区允许温度范围的温度水平[24这是在参考研究。 [25]其中温度-湿度指数（THI）可用于评估环境施加的热应力水平。为了* 通讯作者。电子邮件地址：benahmed_taou fik @ hotmail. fr（T.Benhmad），ben.abdennour. gmail.com（A.BenAbdennour），amina. isimg.tn（A.Darghouthi），abouahmed17@gmail.com（C. Belgacem Rhaimi）。https://doi.org/10.1016/j.iotcps.2022.06.003接收日期：2021年11月22日;接收日期：2022年5月27日;接受日期：2022年6月19日2022年6月27日在线提供2667-3452/©2022作者。由爱思唯尔公司出版我代表科爱通信公司，公司这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表物联网和网络物理系统期刊主页：www.keaipublishing.com/en/journals/T. Benhmad等人物联网和网络物理系统2（2022）111112Fig. 1. 系统的总体架构图二. 热应激水平。估计热应力的严重程度，前者定义为THI，建议使用参考文献中给出的环境温度和相对湿度[26、27]。据报道，热应激会引起家兔生物功能的一系列剧烈变化此外[31]，报告称家兔的体温范围在18 ℃至26℃之间，5 ℃为微小变化。的对于大多数哺乳动物物种，相对湿度的可接受范围为30%至70%[31，32]。基本上，热中性区反映了仅通过控制干热损失来实现内部温度调节的范围。 这意味着代谢率相对恒定，在产热过程中没有调节变化[33]。[34]总结说，21℃是兔子的舒适区。如今，物联网技术不断发展，正变得越来越成熟。这些新技术能够提供新的解决方案，监测兔场，因为它将显示本文。这些最新技术可以扩展到其他应用。它们将为任何感兴趣的领域提供可能的远程管理。 这指的是各种技术，如RFID、传感器和GPS等。[35、36]。Internet除了提供交互功能外，还可以在分布式Web服务平台上提供传感器监控和数据请求功能在云计算平台上的不同服务物联网的体系结构可以完全分为三个独立的层，即感知层、网络层和应用层[37]。基于物联网技术，对养兔场环境进行了研究。事实上，兔子的福利在很大程度上取决于温度、湿度和有害气体（例如，NH3）等。因此，农民可以在测量环境参数的基础上提高农场的生产力所有测量数据都可以上传到云服务器，用户可以远程访问以监督养兔场的数据 这将有助于更好地管理兔笼，这要归功于简单程度的监视自动化。为智能养兔提供了理论依据。2. 物联网框架如今，一种名为物联网（IoT）的新范式在数字技术/无线通信中日益突出它是从技术和计算实现中出现的。尽管它还没有明确的定义，但这个新生儿已经迅速为通信和计算机科学提供了有用的需求（方法）。 它已被证明是成功的，因为每个人都熟悉NTIC设备（例如计算机，传感器，智能手机，联网汽车，智能家居，智能农场等）。由于独特的寻址方案，不同方面之间的互动变得容易进行。一些相互作用之间的合作行为表征了许多领域，现在我们谈论人-人，人-机或机器-机器帮助[1]。这是说明了什么是成为技术上由于物联网技术。各种实体都很容易达到和执行。物联网技术通过其IP地址和HTTP协议引入了物理对象的简单直接的标准化和数字化标识由于无线通信的可能性（如RFID，蓝牙或Wi-Fi），以前的困难和复杂的操作已经变得只需要很短的执行时间[2]。1999年，Kevin Ashton使用物联网这个词来描述具有RFID标签的物体。每个对象都可以被普遍和唯一地识别，并可以附加到一个有趣的和需要的信息。以前的信息可以被其他机器读取 为此，许多索引，如当前状态，位置等定义了对象之间交换的许多元数据。在这种方式下，一个新的专用基础设施命名的物联网网络已经出现T. Benhmad等人物联网和网络物理系统2（2022）111113图3.第三章。 用于体验的材料。见图4。 测试模型。见图6。湿度图。图五. 温度曲线图。见图7。NH3图。T. Benhmad等人物联网和网络物理系统2（2022）111114图8.第八条。 组织结构图。图9.第九条。 能量（热）平衡模型。作为现代和最近的网络类型[3，4]。这怎么可能呢？这是本文的主要观点，因为它将被解释。为了清楚起见，让我们注意到物联网技术系统的操作将被解释。该技术由许多“连接和分布式设备”组成各种事物之间的交流和互动将根据文献[5，6]中所示的以下步骤获得表1工作中使用的名称符号定义兔舍通风量ρ空气密度（kg/m3）空气热含量（jkg-1 k-1）Q型风机能量热交换，通风良好QRab家兔体温与空气之间热交换的能量。湿帘冷却换热水空气的传递系数兔子的数量兔子的表面积家兔体温与空气温度之间的ΔT差1. 识别：每个物联网对象（如PC）都可以通过其IP地址（互联网协议）进行定位和识别，对象也可以通过精确的地址进行表征今天使用多个物联网标识符，例如名为统一资源标识符（URI），电子产品代码（EPC），通用代码和IPv6中2. 检测：为了增强设备的功能，传感器寻找环境信息。这可以是一个简单的阅读噪音的水平，如照片或视频的完整流。以智能手机为例，它包含多个光传感器、磁力计、近距离检测器、气压计、RF计、位置速度和电流检测器、陀螺仪、温度计、光电计、数字指纹传感器甚至辐射检测器。3. 连通性：传感器将审查数据传输到假定的易受影响设备，以分析各种连接。4. 技术：如蜂窝网络、卫星、Wi-Fi、蓝牙、LPWAN（低功耗广域网）或直接互联网连接。5. 集成：系统集成，以便将数据从一个层次传输到另一个层次。6. 计算机化：在云中，数据必须被处理。根据各种办法，这是可以做到的。一些物联网实际上可以提供基于微控制器的数据处理。7. 用户界面：信息可作为最终用户警告生成它也可以作为警告信号通知用户（电子邮件，短信，通知等）。例如，当在家中检测到入侵时，向用户发送SMS3. 应用、规范和标准物联网被用于许多不同的领域。互联网已经扩展，并在多个领域实施应用。基于智能传感器和人工智能方法，许多例子是这些新颖的应用肯定可以改善我们的生活无处不在。在家，旅行，工作，农场......我们总是联系在一起终端配备有可能通信的原始智能[7]。一场技术革命探索了几个重要领域。由于技术进步，基于物联网的创新被广泛引入，如交通和物流，健康，智能环境（家庭，办公室，工厂，农场），个人和社会教育。许多规范和标准定义了所有这些称为物联网的技术新生儿。 在这些标准中，可以命名为EAN，条形码和EPC系统[8，9]。自1970年以来，一种名为EAN条形码（欧洲物品编号）的标准已在广泛的领域[10]中用于产品识别 这是从美国UPC代码开发的，用于欧洲商业的特定需求，并指定为唯一的对象识别。 这是由GS1在世界各地管理的。 每个EAN条形码仅限于识别一类产品，而不会深入到该类中的任何样品[11]。与一个名为GS 1的全球生物体相关的国际生物体选择了EPC系统（电子产品代码），以识别每个单独的产品。EPC模式现在是T. Benhmad等人物联网和网络物理系统2（2022）111115表2预定参数和测量参数之间的比较以及季节对家兔死亡率的影响。季节预定参数测量参数温度（摄氏度）（%）NH3（ppm）死亡率（%）温度（摄氏度）（%）NH3（ppm）死亡率（%）冬季12,1157,684202138,423,2312秋天22,8553,162,341521,738,212,0710弹簧21,2848,662,581722,0136,752,1515夏天31,1641,040,6372234,630,3720见图10。应用程序接口。见图11。应用功能。见图12。 兔场温度可视化。图十三. 养兔场的湿度可视化。T. Benhmad等人物联网和网络物理系统2（2022）111116见图14。 NH3在养兔业中的图15. 通 知 。最广泛的RFID寻址系统。 EPC系统具有所有要求的特性，可用作通用的基本语言：个体和唯一的对象识别与广泛的标准化系统相关联。此代码类似于扩展条形码或一系列数字字符。实际规范提出了三种数据格式：64位、96位或125位。EPC全球网络，定义信息系统组织，以确保全球EPC信息交换[11，12]。4. 物联网挑战为了达到最好的可读性，效率和使工作更有用，许多问题必须解决。我们可以在这些项目中命名那些涉及大规模，异质性，物理世界的影响，安全和个人的私人生活等。4.1. 物联网规模由于物联网技术的广泛使用，设计者面临着许多挑战，例如连接对象的数字格式问题可以总结为以下三点[1]。1. 地址和命名。 大量的对象要求在服务器中存储/排列重要的寻址空间和信息量。这样做是为了确保对象名称和地址之间的正确关联。因此，可以使用IPv6协议 [1]。 它使用对象的地址和电子代码产品（EPC），IRI（国际化资源标识符）或通用唯一标识符（UUID）进行唯一对象标识[4]。2. 发现：物联网对对象的发现有影响。在发现过程中，机器去推断其他机器。 这是通过直接向所有可访问的机器发送消息后的本地发现获得的[13]。对象的发现可以使用互联网网络的域名系统（或DNS）[14]作为从主机名给出IP机器地址的分层议程来完成3. 物联网的异质性。两种形式命名为功能和技术异质性对物联网有影响，如文献[14]所示。a. 功能异质性：显然，对象不相等。 它们具有不同的容量和功能，差异很大（静态或移动对象，电池供电与否，材料资源，可用的传感器等）。特定的约束通常对应于对象特性，这些特性显示了这些对象将如何使用，以及如何与其环境交互（间歇性连接，生命周期，可能的任务等）。必须考虑不同的方法和技术，以管理对象的约束和适当的差异[4]。b. 技术异质性：物联网还受到与对象一起使用的各种硬件和软件技术的影响。这些对象没有相同的操作系统、通信接口和数据格式[4]。为了管理功能的异构性，软件抽象层必须使用开放和可互操作的格式来引入。 为了应对技术异质性，还必须完成技术标准化。特别是，这是通过将专用于资源有限系统的技术与当前互联网网络的技术融合来实现的[15]。4.2. 对物理世界的物理世界对物联网的影响可以总结为三点：1. 可变性。 物质世界不断变化，并随着时间的推移而演变，因为一方面，物体总是被添加或删除，另一方面，人类及其某些物体的流动性。移动对象必须处理它们的能量限制、间歇性连接和用户的移动性[4]。2. 传感器. 传感器产生给定现象的定期测量（温度传感器）。众所周知，它们经常产生错误、不精确或不完整的测量结果。此外，还可以准确地预测它们何时出现[16]。检测、纠正或减轻错误的具体T. Benhmad等人物联网和网络物理系统2（2022）111117实行这对于多传感器环境尤其有用。3. 数据流。传感器会产生实时流测量或信息事件[2]。5. 系统架构图1显示了用于所设计的养兔场环境监测系统的物联网。我们的平台基于Internet网络，采用三层体系结构。 这些是网络层，感知层和应用层，因为它们将被解释[37]：- 网络层：云网络由高性能千兆局域网、4G移动网络和宽带互联网组成Web服务器可以通过名为ESP 8266本地网络的Wi-Fi模块连接到养兔场和手机上的 之后，可以使用宽带互联网或4G移动网络。 本文选择了一款性能稳定的宽带路由器作为主机硬件。 Web服务器和数据服务器之间的连接可以通过一个高性能的局域网来建立。 网关将通过ESP8266无线模块连接到传感器进行传输。- 感知层：必须对通过网关控制的传感器和相应硬件设备执行配置步骤。 从传感器收集的信息将发送到网关。 数据将在应用层与服务器交换，手机上的应用将通过ThingSpeak平台的云网络进行。- 应用层：处理Web服务器，数据服务器和手机上的应用程序。 Web服务器用于处理信息。 数据服务器用于存储数据以及对数据库存储过程的计算。影响兔子的寿命。通过移动电话，用户可以检查环境设置并控制连接到网关的硬件设备以这种方式，可以远程调整环境设置。更具体地说，数据是通过简单的超文本传输协议（HTTP）POST发送和接收的，就像访问网页和填写表单一样。这种通信通过纯文本、JSON或XML进行然后将数据上传到云端，可以用于各种目的。反过来，数据（例如订单，某些选项的选择）可以被收集并传送到云，云反过来将这些消息发送到对象，如图所示。1.一、6. 样本实验温度和湿度参数等数据对家兔的生存至关重要。这就是为什么必须保证良好的热平衡，以避免可能导致家兔死亡的热应激在此基础上，设计了这些参数的调节系统。 为了评估所设计的物联网平台，定义了一系列广泛的分析、监控和反制能力。因此，我们定义了各种挑战。此外，它已被保留，以测试一个真正的应用程序方面的对象的网络。我们选择了名为ThingSpeak的云服务器进行测试。下面的图。2显示了必须避免的热应力水平：上述图2是确定从两个参数（温度和湿度）评价的不同热应力水平的参考。红色区域表示必须避免的严重热应力。它标志着一个极端危险的危险区。随后是紫色的中度热应力区。黄色区域表示较低的热应力水平，这定义了家兔的有利生活条件。一个更好的填充区是绿色的一个，显示出最好的热指数，为兔子的福利。6.1. 材料经验是根据以下区块进行的一些使用的设备，给出了评论的结果，如图所示。3.第三章。6.2. 物联网处理ESP 8266发送到云服务器的数据可以在公共和私人传输模式下查看数据可以被监控，系统可以通过互联网进行控制，使用ThingSpeak提供的指定渠道和这个物联网平台从传感器收集数据，通过触发反应来分析和显示数据和法律6.3. 实验测量值已经获得了一组测量值（a、b和c），涉及参数这些参数给出了对养兔业进行检查的年平均值。让我们注意到，以前的值是基于经典方式获得的，这是一种没有任何规定的传统测量方法。事实上，这种云的形式意味着一种最终的和不可预见的危险。因此，将不考虑这些参数的变化基于这些条件，兔子饲养员将遇到一个主要问题。因此，家兔的死亡率如表2所示。该表显示了不同的平均数字措施所显示的标准是如何得到遵守的。这一策略导致了兔子死亡率在我们的实验中研究了100只兔子所获得的测量结果清楚地表明，在保持一定数量的兔子健康的基础上，可以增加多大的收入。这一增长是基于基于物联网技术的参数控制获得的。正如我们的应用程序中所使用的，物联网技术的使用提供了约10%的收入增长，如表2所示。T. Benhmad等人物联网和网络物理系统2（2022）111118一点三十三分6.4. 实时监控收集的数据最终将同时传输到云服务器。这些数据可能具有不同的数据性质，例如在我们的示例中，我们感兴趣的是温度、湿度和DTdtρCq¼QfanQrabQwat（1）热交换通风良好，Q风机参数采用封闭式结构，养兔场采用机械通风，符合风机定律，如：φ2<$$>1n2=n1;H2<$H1n2=n12;P2<$P1n2=n13（2）其中送风量与转速成正比，而风压和风机功率分别与速比的二次和三次幂成正比在这种情况下，具有良好通风的热交换的Q风扇能量可以表示为（3）：Q风扇<$ρCqφΔT（3）家兔体温与空气之间的热交换能量记为Qrab。一般来说，兔子的体温高于养兔场的室内温度这使得兔体温与空气之间的热交换是通过对流实现的。根据牛顿冷却定律，交换热q可以表示为[19]：q¼hpΔT（4）一般情况下：hp¼1： 95ΔT0： 33由于这个Qrab，兔子体温与空气之间的热交换能量也可以表示为：氨气（NH3）在兔子的浓度还规定数据可以以图形方式显示为时间的函数位置也显示出来。下载的数据可以随时恢复，Q拉布¼1：95nAΔT ：（5）由thingSpeak平台提供数据将被收集在一个具有不同值的表格中，并且可以选择不同的格式。在我们的应用程序中使用的测试模型如图所示。 4，该系统由一个arduino卡（uno），一个无线模块ESP 8266 ESP- 01和两个传感器组成，一个用于测量温度和湿度（DHT 11），另一个用于计算氨气（NH3）的水平。提供远程网络访问，并获得以下指示图。图中的曲线 5- 7表示兔子实际要求的生活条件值。6.5. 组织结构图我们的应用程序是由一组位于兔子的对象有了这些对象，我们可以监测和控制各种参数，如T，H和气体NH3，对兔的影响。通过给定的组织结构图，可以更好地具体说明和理解Ex流程（参见图 8）。6.6. 温度模型Businger是第一个在1963年提出热平衡稳态方法的人[17，18]。他指出，许多因素可能会影响兔子的生活。例如，兔舍的环境温度分别包括兔舍结构、地板、湿帘风扇冷却系统和兔本身的温度还考虑了它们之间以及与外界的质量和能量交换这包括良好通风条件下的热交换、湿帘降温条件下的热交换以及兔体温度与环境之间的热交换 根据对兔舍中不同能量损失的分析，可以更好地增强这一点。这将有助于建立兔舍能量（热）平衡模型，如图9所示[19]。下面的等式显示了热交换和能量损失之间的关系所用参数见表1。6.7. 仿真结果在这里，我们将展示我们的实验是如何进行的。事实上，它被要求访问一个云服务器，以便远程执行想要的行为。在这种情况下，使用了名为thingspeak的云服务器首先，让我们注意到，使用ThingSpeak平台，必须创建一个通道，通过它我们将发送和接收所需的数据。对于所研究的情况，并选择观察三个预先提到的参数（T，H，NH3），我们能够接收ThingSpeak发送的值这些在曲线上可视化，并使用最近添加到Matlab的ThingSpeak ToolboX实际上，典型的命令允许对感兴趣的参数进行实际测量，并可以通过Matlab进行处理因此，进行了处理并建立了曲线 以下变化显示了每个观测参数的演变。这允许分析师在需要时绘制历史演变 为了更好地解释结果，我们请读者参考以下与检查结果相关的图表。让我们回想一下，研究的参数是温度，湿度和NH3气体.观测结果说明了温度、湿度和NH3气体在所选地点和特定时间的变化情况，如图所示：图 10定义了为我们的使用而创建的接口。它包括一个界面移动应用程序，可以通过智能手机访问这提供了基于用户权限访问远程访问养兔场的可能性。访问可能性后面是一组可用的选项，如图所示。 十一岁 各种曲线图可以被示出为分别如图1和图2所示。 12比14在任何值得关注的参数值警告的情况下，智能手机屏幕上将收到警告显示，如图所示。 十五岁让我们注意到，必须尊重规范化的值 有鉴于此，安装了一套物联网设备。通过这种方式，农民可以智能和轻松地监控他的农场。在我们的研究中，将所获得的结果与表2中所示的以下参考进行比较，并且我们的测量结果是：T. Benhmad等人物联网和网络物理系统2（2022）111119广泛接受。本文考虑了不同的季节。该表清楚地显示了必须如何遵守关键参数，以避免导致家兔死亡、疾病等最坏情况7. 结论在本文中，我们首先展示了物联网（或对象）效用作为一种新的有前途的设计并实现了一种基于物联网的兔场实时监控系统。其次，解释了我们的原型的监督和控制的兔子饲养场的基础上，这一最新的技术实现所提出的系统架构，以协助兔子饲养者是如此有用，因为成本降低，与一个更好的预算，为农民。许多行业都可以采用这种远程和智能监控应用程序，并在很大程度上受益。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。引用[1] L.阿佐里A. Iera，et al. Morabito，物联网：一项调查，Comput。 网络54（15）（2010）2787- 2805。[2] L. Cha llal，，etal.S. Sirouakne，Gestiondesc l'esdansl'Internet desobjet s. 硕士eninformatique，Universi t'edeB'ejaia，2017. 电子科学学院。[3] K. 阿什顿，（2009年）1.[4] B. Benjamin，System`eme degestiondemartuuXpourl'InternetdesObjetsintelligence，T h`esededoctorat del'universit'edeVersaillesSaint-Quentin-En-Yvelines，2015.[5] O. Vermesan，P. Friess，P. Guillemin，R. Giaffreda，H. Grindvoll，M. 艾森豪尔，M. Serrano，K. Moessner，M. Spirito，L.C. Blystad，，et al.E.Z. Tragos，超越炒作的物联网：研究，创新和部署，在：Ovidiu Vermesan，Peter Friess（编辑），物联网-从研究和创新到市场部署，欧洲物联网研究集群（IERC），River Publishers，Gistrup，2015年，第100页。 十五岁[6] M. 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